《先进制造技术》大作业

绿色设计与制造技术

自20世纪70年代以来，工业污染所导致的全球性环境恶化达到了前所未有的程度，迫使人们不得不重视这种环境污染的现实。进入20世纪90年代，各国的环保战略开始经历一场新的转折，全球性的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势，这就是资源利用合理化、废弃物产生烧量化、对环境污物让或少污染的方向发展。在这种“绿色浪潮”的冲击下，绿色产品逐渐兴起，相应的绿色产品设计方法就成为目前的研究热点。

绿色设计与制造是一个综合考虑环境影响和资源利用效率的先进制造模式，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生产周期中，废弃资源和有害排放物最小，资源利用率最高。可以说，绿色制造是机制企业实施可持续发展战略的重要组成部分。

绿色产品的设计主要内容包括：

1、绿色产品的描述与建模:准确全面地描述绿色产品，建立系统的绿色产品评价模型。

2、优良的环境友好性：即产品从生产到使用乃至废弃回收处理的各个环节都对环境无害或危害很小。这就要求企业在生产过程中选用清洁的原料、清洁的工艺过程，生产出清洁的产品；产品使用时不对使用者造成危害；报废产品在回收处理过程中很少产生废弃物。

3、最大限度地利用利用材料资源：绿色产品尽量减少材料使用量，减少使用材料的种类，特别是稀有昂贵材料及有毒、有害材料，并使产品中零件材料能最大限度地再利用。

4、最大限度地节约能源：绿色产品在其生命周期的各个环节水消耗的能源最少，能源的节约本身也是很好的环境保护手段

5、产品可拆卸性：在产品报废以后其零部件能够高效地、不加破坏的拆卸，有利于零部件的重新利用和材料的循环再生，达到节省资源、保护环境的目的。

6、产品的可回收性：在设计时充分考虑产品的各零部件回收再用的可能性、回收处理方法、回收费用等问题。内容包括：可回收材料的识别及标志；回收处理工艺方法；可回收性的结构设计；可回收性的经济分析与评价。

通过大力推行绿色加工，提高资源利用率，降低对环境的负面影响，改善机械加工时的人机友善性，实现整个机械加工过程的优质、高效、低耗及清洁化，使企业效益与社会效益协调优化。

绿色产品的制造方法主要内容包括：

1、虚拟制造。虚拟制造可实现产品加工过程、工作过程、装配过程，拆卸过程、回用过程的模拟仿真，可以有效评估产品的经济性、功能性、全生命周期内对环境的影响程度、能源和资源利用率，为产品设计改进提供依据；可提高产品的设计质量，减少设计缺陷，优化产品性能；可提高工艺规划和加工过程的合理性，优化制造质量；实现柔性加工和敏捷制造，缩短制造周期，降低生产成本。

2、绿色制造工艺。在产品设计制造过程中，以传统工艺技术为基础，大力推广节约资源消耗的绿色技术，即在机械制造过程中，优化零件加工工艺方案，达到合理利用资源、降低零件制造成本、最大限度地减少对环境的污染负面影响。

传统的设计仅从结构和功用、外观、加工、生产管理等角度考虑，设计概念是以市场需求为基础，设计过程中缺乏环保意识。企业全新的产品绿色设计贯穿产品需求、设计、制造、使用到回收再生整个全生命周期，并行考虑产品的TQCSE(Time，Quality，Cost，Service，Environment)属性。

所以，绿色设计制造与传统设计制造的根本区别在于：绿色设计制造要考虑产品的整个生命周期，从产品的构思开始，在产品的结构设计、零部件的选材、制造、使用、报废和回收利用过程中对环境、资源的影响，希望以最小的代价实现产品“从摇篮到再现”的循环。绿色设计作为一种新的设计方法，出现的时间并不长，还远没有达到完善的程度，很多具体的方法还有待研究，但绿色设计作为一种新的设计理念，它的出现，使人们看到了过去设计思想方法的不足，意识到了在过去长期的设计活动中，所忽视的产品设计与环境资源之间的关系和产品设计对环境、资源的影响。绿色设计理念的提出，是机械设计学科发展历史上一个重要的里程碑，是机械设计理念的一次革命和飞跃，它对现代机械设计学科带来了革命性的影响。

简单的说，实行绿色制造的途径有三条：

1、改变观念、树立良好的环境保护意识，并体现在具体行动上。只有公众的环境意识提高了，环境保护成为人们的共识，绿色制造才可能成为制造业主动的自觉行为。与此同时，政府应该制定完善的法律法规，并规定相关的经济政策，使实施绿色制造的企业，不仅能去的环境保护的社会效益，也能得到由此带来的经济效益。

1991年日本推出了“绿色行业计划”，加拿大政府开始实施环境保护“绿色计划”，美国、英国、德国也推出类似计划。目前，在在一些发达国家，除政府采取一系列环境保护措施外，广大消费者已热衷于购买环境无害产品的绿色消费的新动向，促进了绿色制造的发展。产品的绿色标志制度相继建立，凡产品标有“绿色标志”图形的，表明该产品从生产到使用以及回收的整个过程都符合环境保护的要求，对生态环境无害或危害极少，并利

于资源的再生和回收，这为企业打开销路、参与国际市场竞争提供了条件。如德国水溶油漆自1981年开始被授于环境标志（绿色标志）以来，其贸易额已增加20％。

2、针对具体产品的环境问题，采取技术措施，即采用绿色设计、绿色生产工艺、产品绿色程度的评价机制等，解决所出现的问题；其中绿色设计是实现绿色制造的关键，而绿色资源的使用更是绿色制造的重中之重。制造过程是一个复杂的输入输出系统，输入生产系统的资源和能源，一部分转化为产品，而另一部分则转化为废弃物，排除环境造成污染和危害。要想提高加工系统的效益，系统在输出产品的同时，应具有较少的输入和附加输出物，即使是同达到有效利用利用和输出效果。

3、加强管理，利用市场机制和法律手段，促进绿色技术、绿色产品的发展和延伸，提倡民众尽量购买绿色制造产出的绿色产品，促使企业对其产品绿色化，提升整个行业的绿色制造水平。

处在工业进程中的中国，推进“绿色制造”矛盾尤为突出，机械制造工业存在的主要问题有：

（1）旧机床的更新与改造：旧机床处理方面尤为突出。问题是废旧或闲置设备回收和再利用率较差，许多工厂厂房内常见有满身锈迹废弃的旧设备、数控机床、加工中心、FMS、CIMS甚至网络加工等先进制造系统和大批的20世纪五六十年代的并存，改造和利用好这些旧设备是我们面临的课题。

（2）材料与能源的浪费：机械制造业中能源与原材料的浪费现象较为明显。满地的切屑、小零件与油污，我国在由原料到产品所消耗的能源和原材料比美国和日本等先进国家高出数十倍之多。

（3）环境保护意识淡薄：一些中小企业只见树木不见森林，为追求目前的经济效益对环境的污染还比较严重。

（4）产品的回收利用率低：长期以来我们沿袭的生产模式是：生产→流通→消费→废弃的开式循环，绿色制造提倡闭式循环的生产模式，即在原来的生产模式中增加一个“回收”环节，厂家在产品的设计和制造过程中要充分考虑回收问题。

我国制造业面临的竞争越来越激烈，创新已成为企业竞争策略的重点，新生产模式越来越重视知识，必须采用先进制造技术来改造传统产业。但在我国，制造业应用先进制造技术和发展先进生产模式必须依据我国国情，在跟踪、消化国外先进生产模式的基础上，结合国情，博采众长来发展我国的制造业先进生产模式，推广现代先进制造技术。

绿色制造左位实现生态工业的关键技术，也是实现社会可持续发展的重要手段，正如绿色产品正在得到越来越多消费者的认同一样，作为其实施手段的绿色制造业正在日益被制造业所重视，绿色制造正在不断深入制造管理者的生活，然后，作为一相对较新的概念，它还存在着很多混淆和难以理解的地方。绿色制造研究的多目标性、跨科学性需要国际国内的合作，更需要政府、企业、科研院校及其多学科门类密切的合作，才能实现理论和技术上的突破。

总之，绿色设计顺应了历史的发展趋势，强调了资源的有效利用，减少废弃物排放，追求产品生命周期中对环境污染的最小化，对生态环境的无害化。绿色设计制造将成为人类实现可持续发展的有效方法和手段。